一文读懂氢气罐：关键性能、类型与适配场景
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什么是氢气罐？
氢气罐是用于储存气态或液态氢气的容器或容器。有时它们也被称为氢气瓶、气瓶或碳罐。根据储存的压力和温度，容器必须满足各种繁琐的物理要求，因此设计和制造氢气罐的艺术和科学有着悠久的创新历史。氢燃料罐用于涉及使用或生产氢气的各种应用，例如燃料电池和电解槽系统、火箭和太空飞行。氢燃料罐通常是储氢系统的一部分。
氢气罐的要求和关键性能标准是什么？
氢气是一种无毒、无色、无臭、无味且高度易燃的能源载体，它也非常轻，可以通过某些材料扩散。这些特性使其具有一定程度的存储风险。以下是氢气罐的关键要求：
密封性 – 任何氢气罐的主要要求是安全地保留储存在其中的所有氢气，并且仅在受控的安全条件下释放。 结构紧凑，因此与储存的氢气相比，储存容器不会占用更多的额外空间。 高抗疲劳性 – 可以预期气瓶将被多次填充、清空和重新填充。完成此序列称为循环。一般来说，气瓶可以承受的循环次数越多，预计其使用寿命就越长。此外，氢气会使某些金属材料脆化，导致它们变得物理脆弱，这在氢气罐的设计中也需要同样考虑。 足够的重量 – 虽然重量轻，但并非所有应用都要求重量很重要。罐构成了任何使用氢气的应用的重要组成部分，因此会对整个系统产生相当大的重量影响。
选择氢燃料罐时使用的典型指标有哪些？
气瓶容积（升） 工作储存压力 （bar） 或 pascal 在工作储存压力下储存的氢气质量（以 kg 为单位） 工作温度范围 （°C） 最大允许压力，单位为 bar 或 pascal 气瓶质量（kg） 外形尺寸 大修前允许的循环次数 为船舶获得的认证 气瓶类型
储氢罐的组成部分有哪些？
氢气罐有不同的形状和形式。一些液氢罐使用球形形式，当在接近大气压的地方储存氢气压力时，任何形式都是合适的，但圆柱形容器是最常见的氢气罐形式。下面的图 1 显示了大多数氢气罐上的典型组件。
图 1 - 典型部件 氢气罐
衬垫将氢气固定在储罐的存储空间内。内衬可以进一步封闭在外包装中，用于稳定内衬，防止在高压下储存氢气时施加在其上的物理应力，并形成进一步的隔热层（高压氢气罐）。颈部是氢气从储罐中插入和提取并连接到氢气罐阀门或管道的地方，可实现氢气的受控输入和输出。它通常还包括一个安全阀，还可能包括传感器或更复杂的氢气罐阀结构，允许额外的压力调节。可选的端塞是水箱的辅助开口。
颈部支架和肩带支架有什么区别？
当将水箱放置在其目标应用中时，出现了如何将其固定到位的问题。在运行中，加压氢气罐会膨胀和收缩。通常，这在体积或长度上小于 5%，但必须考虑到这种运动，以确保安全和持久的运行。
a） 颈部安装式氢气罐
颈部安装意味着气瓶紧紧地固定在颈部的承载结构上，所有其他支撑结构都松散地安装，以允许膨胀和收缩运动（图 2）。
图 2 – 颈部安装的氢气罐
b） 带式氢气罐
带式安装意味着通过在水箱周围拧动带子并将其固定在水箱要容纳的结构上来固定气瓶（图 3）。反过来，带子需要适应估计的最大膨胀和收缩运动。
图 3 – 安装在氢气罐上的带子
氢气罐/氢气瓶有哪些不同类型？
鉴于氢气罐的不同可能组件、配置和要求，出现了不同类型的储罐，其编号系统类似于其他含气容器。
a） I 型储氢罐
I 型氢气瓶完全由金属制成，仅由金属衬里、颈部部分和如上所示的可选端塞组成。没有外包装，这种罐的构造和制造相当简单，因此成本也相对较低。这种罐也称为 1 型氢气罐、I 型氢气瓶或 1 型氢气瓶。
b） II 型氢气罐
II 型氢气瓶由金属内衬（通常是铝）组成，周围添加了外包装以加强其物理质量。这允许在相对较薄的内衬下实现更高的氢气罐压力，因此与必须制造内衬以承受相同压力的情况相比，具有重量优势。外包装由合成材料制成。这种罐也称为 2 型氢气罐、II 型氢瓶或 2 型氢瓶。
c） III 型储氢罐
在 III 型氢气罐中，内部金属衬里被降低到基本上不再承受压力载荷的水平，但这完全由包裹在其周围的其他层完成。因此，外包装承担了额外的约束和物理支撑任务。这种罐也称为 3 型氢气罐、III 型氢瓶或 3 型氢瓶。
d） IV 型储氢罐
IV 型氢气罐具有由复合材料制成的非金属内衬，并包裹在由碳纤维和其他交织热塑性聚合物制成的外包装中。与 I 型储罐相比，这些储罐的重量减轻了 70%，因此这种类型的储罐对于需要在高压（如 700 bar）下储存氢气且系统重量需要较低的应用特别有吸引力。例如，这适用于许多移动和航空应用。IV 型氢气罐也称为 4 型氢气罐、IV 型氢气瓶或 4 型氢气瓶。
氢气罐的接口有哪些？
尽管储罐本身可能是一个相对简单的非电子元件，但它所集成的氢气系统是一个非常关键的元件。了解储罐中氢气的状况和数量对于确保系统安全稳定运行至关重要。水箱是整个存储系统的一部分，并通过
管道（用于提取和插入氢气） 传感器，用于监控液位和温度 安全阀（如热式泄压阀和蒸发阀）
哪种氢气瓶最适合我的产品或应用？
氢气罐对应用的适用性取决于可用氢气罐的规格与特定要求的匹配程度。在 Hyfindr，您可以浏览多家供应商的许多氢气罐，并在此处比较它们的规格。
汽车应用通常采用 IV 型容器，该容器用作 700 bar 氢气罐或 350 bar 氢气罐。典型的燃料电池、电动汽车或氢汽车油箱容量约为 4-6 公斤氢气，氢气罐的重量约为 100 公斤。例如，丰田 Mirai 氢气罐的容量为 5.6 公斤氢气，现代 Nexo 为 6.33 公斤，梅赛德斯奔驰 GLC F-Cell 的氢气罐容量为 4.4 公斤。
重量不是那么重要的应用通常使用 I 型或 II 型储罐，因为它们的成本和制造时间通常较低。这通常适用于固定应用。例如，当订购 5 公斤固定用氢气等数量时，通常使用几个 I 型钢瓶进行交付，这些气瓶在 200 bar 的压力下工作，捆绑在一个板条箱或堆栈中。
在某些应用中，高重量可能具有优势，例如当用于建筑压实机或叉车的燃料电池系统时，较高的整体系统重量有助于车辆的整体功能。
液氢罐 （LH2 罐） 有哪些特殊注意事项？
氢气也可以以液态形式储存，具有比气态储存更高的能量密度的优势，这意味着可以在更小的空间内储存更多的能量。
氢气液化成液态氢（LH2 或 LH2），因此所使用的储罐需要能够承受如此低温，并提供足够的隔热材料，以确保操作安全并尽可能避免蒸发。在这种情况下使用的储罐被称为低温氢气罐，除了本文中已经概述的基本功能外，还可以集成冷却功能。
液氢主要用于航天器，用于运输或储存大量氢气，也正在进入一些移动和航空应用。
H2 罐的安全和认证要求是什么？
作为一种广泛使用的元素和能源，氢气在新的绿色应用中迅速发展，氢气在储罐中的使用储存已经得到了充分的研究，并且要求在规范和标准中得到了充分的记录。具体要求因使用 H2 气瓶的地理位置而异。以下是适用于氢气罐的规范和法规的示例列表：
ADR：国际危险品运输法规 DIN EN 12245：可移动气瓶 ISO 11119-3：可移动气瓶 EC 79：油箱 UNR134：油箱 ISO 9001：2015 质量管理体系 ISO 14001：2015 环境管理体系
适用的法规通常要求进行许多安全测试。因此，对于制造商来说，对完整的氢气罐产品进行认证可能非常乏味和耗时，但可以确保当今市场上的氢气罐具有很高的安全性。对氢气罐进行的测试示例包括：爆破测试、循环或疲劳测试、篝火测试、子弹向油箱发射的子弹测试、跌落测试和环境温度循环测试。
氢气罐的主要供应商有哪些？
Advanced Structural Technologies, Inc. Alsafe AMS composite cylinders Avanco Axcel Chart Industries CIMC enric CPE pressure vessel Cryofab Cylinders Holding Doosan Mobility Innovation EKC Energys Australia Faber industries Hanwha Hexagon Purus ILJIN Hysolus Infinite composites Jiangsu Guofu Hydrogen Energy Equipment Luxfer Mahytec Nproxx Plastic Omnium Quantum fuel systems Steelhead composites Ullit Voith Composites Wiretough Worthington Industries Wystrach
